3D打印企業開拓校園市場的障礙與對策分析

朱丁亮 黃紹宏 劉彥哲 肖蘇成

摘 要：3D打印技術被稱為“具有工業革命意義的制造技術”，是科技創新2030背景下突破發展的重點領域。該技術在教育行業的應用已嶄露頭角。然而3D打印作為創新技術如何與教學活動有機融合一直以來困擾著該項技術在教育領域的廣泛應用，傳統教育思維的禁錮、3D打印專業人才不足、適用于學校教學用的3D打印機存在缺陷、現行教育體制對3D打印教學的排斥成為四大亟待解決的問題。本文結合江西省3D打印企業在開拓校園市場的障礙給出了對策分析。從創新3D打印技術與教學相結合的模式；培養專業的3D打印人才；提高3D打印硬軟件質量；自下而上推動創新教育在中小學的落實；優化成本，租賃初探，按揭分付模式探索五個方面解決上述問題。

關鍵詞：3D打印企業 校園市場 對策研究

中圖分類號：F416.84 文獻標識碼：A 文章編號：2096-0298（2018）03（b）-151-03

3D打印進校園近年來已逐漸成為教育領域關注的焦點，將3D打印技術、產品引進教育領域，必將促進科技與教育的更優結合，推動優質教育模式的產生與發展，造福當代廣大中小學受教育者。未來隨著個性化、多樣化消費漸成主流，生產小型化、智能化、專業化將成為產業經濟組織的新特征，3D打印在服務“大眾創業、萬眾創新”和“互聯網+”以及智能制造等方面的作用將日益突出。

2016年7月28日，國務院下發《“十三五”國家創新規劃》，指出從長遠戰略需求出發，啟動科技創新2030重大項目。發展智能制造和機器人，以智能、高效、協同、綠色、安全發展為總目標，構建網絡協同制造平臺，研發智能機器人、高端成套裝備、三維3D打印等裝備，夯實制造基礎保障能力，被列入項目之中。

伴隨著歐美發達國家及日本、韓國、新加坡等國陸續頒布、更新本國增材制造相關政策，隨著工業“4.0時代”的到來，《國家增材制造產業發展推進計劃（2015—2016年）》和《中國制造2025》等政策的逐步推行，科技創新2030重大項目的啟動將增材制造的研發應用上升到更高的戰略層面，促進3D打印產業與教育事業的更優結合，催生出新的經濟增長點，帶來制造新業態。

1 3D打印在教育領域的應用概況

3D打印技術出現以來，一些國家和組織就十分重視其在教育領域的應用，并開始嘗試3D打印在學校的推廣。英國教育部開展了一項為期一年的試驗項目（2012.10—2013.9），以21個學校為試點，將3D印技術應用到數學、物理、計算機科學、工程和設計等課程中，探索3D打印的教學應用，推動教學創新[1]。

韓國首爾在“首爾型制作教育”中長期（2018—2022年）發展戰略計劃中公布首爾將在五年內投100億韓元為學校引進3D打印機和3D筆課程。國內3D打印技術起步比國外晚，但這幾年也興起一股3D打印進校園的熱潮。以南昌市南師附小為例，該校已引進20余臺大小、功能不一的桌面級3D打印機供學生課外興趣小組和教師創新教育使用。雖然國內十分重視3D打印在教育領域的應用，但是由于至今沒有找到將3D技術與教育有效結合的科學模式等原因，3D打印企業進入教育市場遭遇運營瓶頸，國內教育市場遠沒有打開。

2 3D打印走進中小學校園的意義

3D打印技術具有數字化、可視化、人工智能化的特點。3D打印技術應用到課堂教學中，能把學生書本上的抽象知識轉化成立體可見的實際物體，老師在講解中也會更加生動形象，激發學生的學習興趣。同時，學生可以充分發揮自己的想象力，借助3D打印機將頭腦中的東西實體化，鍛煉學生的創新思維能力。3D打印是一門創意性極強的學科，需要對空間進行完全理解和操作，精準地對不同緯度和空間進行處理，實現從平面到立體的空間轉換，是大腦形象思維能力和邏輯思維能力的重要結合方式，對開發學生的大腦思維能力十分重要。在中小學開展好3D打印創客教育，是國家實現2025中國成為創新型國家的必要教育投入，對轉變應試教育為素質教育并且逐步趕超西方國家素質教育有重大意義。

3 3D打印走進中小學校園的主要障礙

3.1 技術與教育結合模式低效

3D技術與學科教育的有效結合[2]，一方面體現在利用3D打印機打印實體模具將課堂抽象內容可視化，將教學內容與模型結合從而促進學生對學科知識的理解；另一方面體現在利用建模軟件提高學生的動手能力，激發學生的創造性思維。然而，在走訪調研南昌市中小學的過程中，我們發現目前授課老師把3D打印設備僅當成打印的工具，缺少對更重要的三維建模部分的講解。有的學校雖然建立了專門的興趣社團并且配備了專業的信息技術老師，但因為技術語言與學科教研語言之間的互聯互通沒有徹底貫穿，最終沒能通過課堂實現3D打印與學科知識的有效銜接。

3.2 3D打印專業人才不足

3D技術靈活運用于中小學課堂對教師素質有較高要求，需要教師精通3D打印硬件及軟件的使用。其實，3D打印進課堂應該是多學科的，3D技術要真正走入課堂，需要被技術學科之外的老師掌握，并且應用到教學中，課堂才具有生命力。但是3D技術作為近兩年興起的新興技術，除信息技術老師外，大部分老師對這項技術的理解和掌握尚處在一個探索階段，能熟練掌握這項技術硬軟件操作的人很少。缺乏專業化的3D教學人才，使得3D打印在教育中的推廣受到阻礙。

3.3 校用3D打印機性能不高

就目前3D打印機而言，學校引進的桌面級3D打印機技術成熟度不高，有如打印機噴頭堵塞、打印成品率低、打印速度慢等技術痛點。同時，對校方而言，成本也是關鍵因素。現階段市場上3D打印機體普遍單價在6千左右，普通中小學難以承受批量購買的資金壓力。3D打印耗材主要為塑料型材料，材料消耗大、成本高；打印模型的時間長，1cm3大小的物品需要一兩個課時才能完成。

3.4 現行教育體制對3D打印教學的排斥

現行的教育制度下，對一個學生的評價，高考還是最直接、最有效的方式。從幼兒園到高中畢業，12年磨一劍，高考不僅是改變一個人人生的載體，也是一個家庭“光宗耀祖”的載體。12年的辛苦就等高考放榜一瞬間。同時，教育機構、社會也把高考成績作為評價一個學校的最重要標準。因此，從個人、家庭、社會，對高考都給予厚望。因此，很多家長和師生都致力于高考這一終極目標，堅持“高考定終生”。雖然3D技術具有可視化、立體化、靈活性等特征，能促進學生理解抽象事物，開拓學生的思維創造能力，但是國內現有的3D技術與教育的融合模式并沒有獲得大部分師生及家長的認可，因此，學校開設的3D技術課堂缺乏系統化的教程，而且課時短、受眾小。

4 解決3D打印企業進入中小學校園難題的對策思考

盡管3D打印技術對教育的發展具有巨大的促進作用，但由于技術及模式缺陷，3D打印企業遠沒有打開國內中小學教育市場。毫無疑問，將3D打印技術順利融入中小學教育，3D打印企業能獲得不可估量的經濟利益，學校的教育也能得到極大進步和長足發展。從3D打印企業角度來說，要想徹底打開國內中小學教育市場，真正地讓3D打印技術服務于中小學教育，需要從以下幾個方面努力。

4.1 創新3D打印技術與教學相結合的模式

傳統課程教學給我們呈現出的一大弊端就是各個學科之間教學獨立以致于脫離真實生活主題。我們需要跨越學科之間的界限，開展面向真實生活的主題教學，比如，劉蓮花女士提出的“STEAM+3D”跨學科整合教學模式，對各專業進行整合，創新課程，應遵循“問題提出—分析問題—設計模型—打印模型—模型驗證并修改—最終產品”的項目教學過程。而通過我們對中小學課程的整合，我們規劃了適合中小學教育的“STEAM+3D”跨學科整合教學模式，如圖1所示。

例如，老師給學生布置一道以“在兩棟教學樓之間架構天橋”的課外作業，小組成員根據圖1所示的思維導圖，利用所學的物理、數學、美術等知識分析天橋的結構、長度、材料密度、形狀等，設計出模型后，利用3D打印機快速成型、零技能制造的特點將復雜結構予以展示，檢驗實物的實用性，從而更好地發現并新問題并提出新方法。在其過程中，學生在每一個環節都開動腦筋、查找資料、相互討論、高度參與，融會各學科知識，實現理論與實踐的結合[3]。

4.2 培養專業的3D打印人才

3D打印技術進入教育領域嚴重匱乏的資源即師資力量不足。3D打印的使用主要涉及軟硬件的操作，基于此提出兩種針對性解決方案。一是通過實施頂崗機制，建立校企之間的商業聯系，充分利用這一橋梁關系在學校挑選一批優秀老師輪流在企業頂崗實踐，站在市場前沿充分感受3D打印在市場的使用發展情況，進一步了解3D打印軟件的操作使用，及時準確獲取3D技術信息并將其運用到教學實踐活動中。二是校內提供良好的師資培養平臺，基于與企業聯系，由企業提供培訓指導人員，在校定期針對性培養老師對3D打印軟硬件的操作能力及3D打印機體的維護能力。

4.3 提高3D打印硬軟件質量

企業應該加強國內外同行業之間的交流，借鑒先進的技術，通過加大技術投入來解決3D打印硬軟件的質量問題。針對軟件的選擇，企業應該研發設計一些類似于“草圖大師”3D小軟件對機器運行要求不高，界面直觀，入門簡單，適用于深入學習的傻瓜式的操作軟件。針對硬件，企業應該從打印精度、材質選取、打印時間等方面來優化現有的3D打印產品，讓學校師生獲得更好的產品體驗。

4.4 自下而上推動創新教育在中小學的落實

和傳統教育相比，STEAM教育能幫助學生了解、學習和掌握尖端科技，激發他們對未知領域的探究欲，從小培養他們的創新能力，同時也教給他們善于合作的寶貴精神。企業可以在中小學舉辦各類以3D打印技術為依托的比賽，如建模比賽、產品設計比賽等。政府應從政策上給予開展STEAM教育的學校以鼓勵，比如，通過學習STEAM教育課程、參加科技類比賽獲獎可以為升學加分等，以此加大學校和家長對創新教育的重視。

4.5 優化成本，租賃初探，按揭分付模式探索

據團隊在南昌市各中小學長期實地調研數據顯示，絕大部分學校表示3D打印成本高，主要體現在3D打印機體本身過于昂貴，目前市場上機體的普遍售價在6千左右，一般的學校難以批量購買。此外，3D打印耗材大，機體維護成本高。且目前國內技術有限，在3D打印機體及耗材方面短時間難以通過技術改良降低其成本，3D打印企業只能另辟途徑優化營銷模式來打開教育市場。除此之外，各中小學院校是一個特殊龐大的消費群體，3D打印企業可以在與學校建立長時期穩定商業聯系的基礎上，針對這一特殊消費群體提出特色銷售模式，與學校簽訂租賃協議，以租賃的方式向學校提供3D打印機。企業通過掌握產品的所有權，以捆綁式銷售租其機體，賦予其使用權。通過提供軟件設計、機體的維護保障以及技術培訓等方式獲取可觀的經濟利益，從而實現3D打印企業與學校的互利共贏。

參考文獻

[1] 王萍.3D打印及其教育應用初探[J].中國遠程教育，2013（08）.

[2] 曾路.3D打印進課堂：如何協調教育和技術[J].亞太教育， 2016（26）.

[3] 劉蓮花，張濤，戴艷紅.3D打印技術在STEAM教育中的應用探討[J].長沙航空職業技術學院學報，2016，16（03）.